Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Аутигенные минералы мезо-кайнозойских вулканогенно-осадочных комплексов дна Японского моря

ВАК РФ 04.00.20, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Аутигенные минералы мезо-кайнозойских вулканогенно-осадочных комплексов дна Японского моря"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК f 5 OA ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Дальневосточный геологический институт

I 6 OUT Ы;--

На правах рукописи

Можеровский Анатолий Викторович

АУТИГЕННЫЕ МИНЕРАЛЫ МЕЗО-КАЙНОЗОЙСКИХ ВУЛКАНОГЕННО-ОСАДОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДНА ЯПОНСКОГО МОРЯ

Специальность 04.00.20 - минералогия; кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Владивосток - 1995

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте Дальневосточного отделения Российской академии наук Научный руководитель: кандидат геолого-минералогических наук

Е.П.Леликов (ТОЙ РАН)

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук

С. А. Щека (ДВГИ РАН) кандидат геолого-минералогических наук О.В.Чудаев (ДВГИ РАН) Ведущее предприятие: АО "Дальморгеология" (г. Находка)

Защита диссертации состоится_ 1995 г.

/

в_час. на заседании специализированного совета

при Дальневосточном геологическом институте ДВО РАН, в конференц-зале.

Адрес: 690022, Владивосток, 22, проспект Столетия Владивостока, 159, ДВГИ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке ДВО РАН 690022, Владивосток, 22, проспект Столетия Владивостока, 159.

Автореферат разослан "_"_ 199 г.

I !

Ученый секретарь

специализированного совета к.г.-м.н. Б.И.Семеняк

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Изучение процессов осадконакопления в зоне перехода от континента к океану имеет важное методологическое значение. В этой зоне сосредоточены крупнейшие запасы нефти, газогидратов, фосфатов и других полезных ископаемых. В этой связи данные о процессах седиментации и физико-химических услових осадконакопления очень важны для правильного понимания кайнозойской истории периферических частей океана и, в частности познания вулканогенно-оса-дочного литогенеза в окраинных морях северо-западной части Тихого океана. Поэтому сведения об аутигенных минералах, развитых в осадочных породах, представляют исключительный интерес и позволяют с определенной степенью достоверности выявить условия образования этих пород, характер среды осадконакопления и постседиментационный режим.

Цель работы - на основе изучения аутигенной минерализации в мезо-кайнозойских осадочных и вулканических комплексах дна Японского моря выявить условия образования пород, минералы-индикаторы обстановок осадконакопления, физико-химические параметры среды, степень вторичных изменений вулканитов и направленность эпигенетических процессов преобразования осадочных толщ.

Задачи исследования:

1. Изучить минеральный состав цемента нижнемеловых и палеоценовых осадочных пород возвышенности Ямато (Японское море);

2. Изучить вторичные изменения кайнозойских базальтоидов подводных возвышенностей Японского моря;

3. По результатам исследований аутигенных минералов, с учетом данных геологических исследований, уточнить условия осадконакопления в нижнемеловых и палеоценовых бассейнах седиментации в районе возвышенности Ямато;

Фактический материал. В основу работы положен материал, собраний автором во время 5 морских экспедиций в акватории Японского моря на НИС ДВО РАН за период 1977-1986 гг. Кроме того был использован материал других исследователей ТОЙ ДВО РАН.

Автором проведено более 1000 съемок рентгенофазового и 50 термографического анализов для определения минерального состава, изучено более 100 прозрачных шлифов осадочных и вулканических пород. Для статистической обработки фактического материала использовался пакет программ "STATGRAPH". Дополнительный материал включает анализы, выполненные в организациях ПГО "Приморгеология", "Киевгеология", трест "Дальвостуглеразведка", ГИН АН СССР, ТИНРО, ДВГИ, ТОЙ, БПИ ДВО РАН аналитиками И.Н.Якушевой, Л.Т.Ковековдовой, О.П.Ярошенко, H.H. Бариновым, М.И.Патук, Г.А.Юдиной, Е.А.Баскаковой, М.Т.Горовой, В.С.Маркевич.

Методика исследования. Основным методом при исследовании минерального состава являлся рентгенофазовый анализ и оптическая микро-

скопил. В качестве вспомогательных использовались: электронная микроскопия и электронография, дериватография, инфракрасная, оптическая и мессбауэровская спектроскопия, химический, спектральный анализы и др.

Научная новизна: впервые проведено детальное изучение аутигенных минералов в мел-третичных вулканогенно-осадочных комплексах дна Японского моря; выделены минеральные парагенезисы и фации эпигенеза; оценены условия седиментации нижнемеловых и палеоценовых осадков Северного и Южного хребтов Ямато; сделан вывод о том, что в минералогическом отношении, начиная с раннемеловой эпохи, япономорский регион развивался аналогично сопредельной территории Японских островов, в одновозрастных комплексах которых устанавливаются одинаковые индекс-минералы; предпринята попытка создания универсальной минера-лого-стратиграфической шкалы для мезо-кайнозойских вулканогенно-осадочных комплексов дна Японского моря.

Практическая значимость работы. Аугигенные минералы являются важным элементом мезо-кайнозойских осадочных и вулканогенно-осадоч-ных пород, с которыми связаны многочисленные находки высококачественных фосфоритов в Японском море. Выявление условий формирования этих осадочных пород позволяет решить проблему литологического контроля фосфатопроявлений и дать направление поисковых работ на этот вид минерального сырья на морском дне. Данные о генезисе нижнемеловых и палеоценовых осадочных пород позволят привлечь внимание к соленос-ным отложениям, с которыми могут быть связаны месторождения строительных материалов, солей и боратов. Связь железо-марганцевых образований, цеолитов, смекгитов с определенным типом вулканизма позволит дать перспективную оценку дна Японского моря на эти полезные ископаемые.

Публикации и апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на 1, 2, 3 Тихоокеанских школах по морской геологии, геофизике и геохимии (Владивосток, 1983, 1985, 1987), 3 Съезде советских океанологов (Ленинград, 1987), 1 Советско-Китайском симпозиуме (Владивосток, 1987) и изложены в 6 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Объем - 99 страниц машинописного текста, 29 рисунков, 22 таблицы. Список литературы включает 96 наименований. Работа выполнена в лаборатории геохимии и физико-химического анализа ТОЙ ДВО РАН по гостеме ВЕСТПАК "Окраинные моря" под руководством к.г.-м.н. Е.П. Леликова. Автор благодарит И.Н.Говорова, П.В.Маркевича, Е.Д. Петрачен-ко Ю.Г.Волохина, С.А.Коренбаума, Р.А.Октябрьского, Б.И.Семеняка, за критические замечания позволившие улучшить работу, Н.Н.Баринова, М.И.Патука, Г.А.Юдину за квалифицированную помощь в диагностике минералов и проведении ряда анализов. Особую признательность автор выражает Е.П.Терехову, А.Г.Аблаеву, Л.М.Грамм-Осипову, З.Г.Бадре-динову за помощь и поддержку в процесее написания диссертации.

Глава 1. МИНЕРАЛОГИЧЕСКАЯ ИЗУЧЕННОСТЬ МЕЗО-КАЙНОЗОЙС-КИХ ВУЛКАНОГЕННО-ОСАДОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДНА ЯПОНСКОГО МОРЯ

В геологическом отношении Японское море является наиболее изученным окраинным морем Тихого океана. Значительный вклад в его изучение внесли как отечественные, так и зарубежные исследователи. Большой объем работ был проделан геологами Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, Института океанологии АН СССР (ИОАН), а также японскими геологами.

Несмотря на относительно хорошую геологическую изученность Японского моря, аутогенные минералы изучены гораздо слабее. Обобщающих работ по результатам их исследования в настоящее время нет. Существуют разрозненные данные по отдельным группам минералов (слоистые силикаты, фосфаты, железо-марганцевые минералы); менее изучены силициты, цеолиты, карбонаты, сульфиды, сульфаты и другие.

Первое упоминание о слоистых силикатах в осадочных породах неогена приводится в работе М.И.Липкиной (1975), а затем в дополненном виде Н.Г.Ващенковой (1987). Распределение глинистых минералов в поверхностном (0-5 см) слое верхнечетвертичных донных отложений дна Японского моря показано в работе В.Б.Курносова (1975).

Фосфориты были обнаружены в 1978 году в 30-м рейсе нис "Первенец" (начальник рейса И.И.Берсенев), описаны М.И.Липкиной (Липкина, Школьник, 1981), а затем были доизучены в 1982-1990 годах. Минералогически они детально изучены В.В.Гусевым (1986, 1987). Генетическая природа фосфоритов до сих пор остается дискуссионной.

Железо-марганцевые образования в Японском море впервые отмечены Д.Е.Гершановичем и описаны в статьях Л.М.Грамм-Осипова и М.А.Ре-печки (1975), И.К.Пущина с соавторами (Пущин и др., 1975), а затем более детально изучены Л.Е..Штеренбергом (Штеренберг и др., 1984, 1986), Н.С.Скорняковой (Скорнякова и др., 1987) и Г.Н.Батуриным (1990).

Вопрос образования глауконита в Японском море довольно сложен и требует отдельного рассмотрения. Впервые он был поднят М.И.Липкиной (1975), которая предполагала, что глауконит является продуктом гальми-ролиза слоистых силикатов осадочных пород. Позднее была выдвинута теория хемогенного (гидротермального) происхождения (Липкина, 1978), затем комплексного хемогенно (гидротермально) - эдафогенного (Липкина, 1980).

Специальные исследования по силицитам в Японском море не проводились, но в работах Н.Г.Ващенковой (1987), А.И.Свининникова (1989), установлено растворение аморфного кремнезема, слагающего створки диатомей, его перераспределение в цемент породы и преобразование в кристобалит. Трансформация опала-А в опал-С/Т отмечена в толще осадков на глубине 400 м. Эти данные подтверждены при глубоководном бурении (Initial Reports, 1990).

Сульфидам и сульфатам в Японском море посвящены работы Л.М.Грамм-Осипова с соавторами (Грамм-Осипов и др., 1973), Н.В.Астаховой (Астахова и др., 1987), М.И.Липкиной (Липкина, Цой, 1980) и Б.И. Сребродольского (1988).

Объектом исследования автора с начала 80-х годов являлись аутигенные минералы в мезо-кайнозойских вулканогенно-осадочных комплексах. Из всего разнообразия разновозрастных пород детальное изучение этих минералов было проведено в нижнемеловых и третичных осадочных породах и кайнозойских базальтоидах.

Автором в процессе работы над материалом было изучено распределение слоистых силикатов в поверхностном слое осадков в заливе Угловое (Можеровский и др., 1983), исследовано поведение слоистых силикатов в кайнозойских базальтоидах (Можеровский, Съедин, 1983; Можеровский, 1986), рассмотрены вопросы генезиса "глауконитовых силицитов" (Можеровский, 1987; Можеровский и др., 1989) и железо-марганцевых образований (Можеровский и др., 1989), обнаружены смешанннослойные 2,8 шп триоктаэдрические минералы типа хлорит-сапонит в нижнемеловых и палеоценовых породах возвышенности Ямато (Можеровский, Терехов, 1991), характерные как для процессов эпигенетического преобразования мощных вулканогенно-осадочных толщ, так и для специфических условий эвапоритообразования и формирования соленосных отложений.

Глава 2. ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ДНА ЯПОНСКОГО МОРЯ

В главе приведена морфострукгурная характеристика, рассмотрены строение земной коры и основные черты геологического строения дна Японского моря.

Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСОВ ПОРОД И РАЗВИТЫХ В НИХ МИНЕРАЛЬНЫХ АССОЦИАЦИЙ АУТОГЕННЫХ МИНЕРАЛОВ

В главе описаны вулканогенно-осадочные и осадочные породы мел-третичного возраста, а также дан состав аутигенных минералов в них.

Нижнемеловые отложения возвышенности Ямато Осадочные породы раннемелового возраста установлены на Северном и Южном хребтах возвышенности Ямато (Геология дна..., 1987). В пределах Северного хребта породы представлены песчаниками, алевропес-чаниками и алевролитами, в пределах Южного хребта - песчаниками, алевропесчаниками, алевролитами и алевроаргиллитами.

Химический состав песчаников Северного хребта Ямато сходен со средним составом гранита, а Южного хребта - со средним составом диорита. Основными источниками сноса для пород Северного хребта Ямато, вероятно, являлись верхнепалеозойские гранитоиды, Южного хребта -верхнепротерозойские гнейсо-граниты, предположительно поставляемые с юго-восточного направления (Терехов, 1992).

л

Цемент нижнемеловых песчаников сложный - регенерационный кварцевый и выполнения пор (аутигенный кварцевый, глинистый и цеолито-вый).

В песчаниках Северного и Южного хребтов наблюдаются отчетливые признаки давления. Пластинки биотита и мусковита обычно смяты, обломки кварца имеют трещины (залеченные) сжатия и расширения, полисинтетические двойники, в обломках плагиоклаза часто смешены по трещинам. Наблюдается также вдавливание одного зерна в другое, с образованием трещинных зон смятия. Общее количество всех типов контактов, приходящихся на одно зерно, составляет 3-4.

Данные по плотности, пористости, особенностям микроструктур и состав аутогенных минералов песчаников Северного и Южного хребтов Ямато указывают на глубину их погружения в интервале 2-3 км, а современное положение указывает на существование послеальбских вертикальных движений блоков коры (в том числе с выводом осадочных толщ на дневную поверхность и последующей эрозией) в районе возвышенности Ямато с амплитудой 2-3 км.

Аутигенные минералы в нементе нижнемеловых осадочных пород подводной возвышенности Ямато

По данным рентгеноструктурного анализа в цементе нижемеловых песчаников и алевроаргиллитов Северного Ямато установлены каолинит, гидрослюда, хлорит, дефектный хлорит, смешанннослойные образования типа гид росл юда-смектит, а также сопутствующие им кварц, плагиоклаз.

Аутигенные минералы в цементе нижнемеловых песчаников и алевроаргиллитов Южного хребта Ямато представлены смешанннослойными триоктаэдрическими минералами типа хлорит-сапонит с различным мотивом переслаивания и различным соотношением переслаивающихся пакетов, дефектным хлоритом, диоктаэдрическими типа гидрослюда-смектит, гидрослюдой, аналъцимом (иногда ломонтитом), анкеритом, эпсомитом, баритом (рис 1). Эпсомит слагает тонкие 1-2 мм прожилки в алевроаргил-лите. Как правило, находки эмпсомита в осадочных породах приурочены к эвапоритовым отложениям или к соленосным толщам.

Фазовый анализ минералов высаливания показал, что они представлены чермипггом и гексагидритом. Зеленые налеты на поверхности, тонкие белые корочки по трещинам образованы ярозитом, астраханитом, гипсом, баритом. Гетит, лепидокрокит и франклинит, образуют коричневую охристую пленку на поверхности образцов, иногда вдоль напластования слоев и по трещинам.

Соли после выпаривания образуют две группы: из них первая представлена галитом - N30; вторая - сульфатная, в состав которой кроме галита входят сульфаты натрия, магния, аммония: тенардит с буркеитом, черми-гит, гексагидрит и возможно железа - ярозит. Следует отметить, что борные минералы не были обнаружены, хотя содержание бора по данным химического анализа, в некоторых образцах достигает 0,3-0,6%.

O'W „„«, С:"

\ k

Рис. 1

пояснения к рисунку 1.

Дифрактограммы аутигенных минералов и минералов высапивания из нижнемеловых и палеоценовых пород подводной возвышенности Ямато

1. ломонтит из образца N 1430 - нижний мел.

2. анкерит из образца N 1441 - нижний мел.

3. хорошо ограненные кристаллы анальцима из поры образцаЫ 1441 -2г - нижний мел.

4. прослоек эпсомита в алевроаргиллите, образец N 1441 -Б - нижний мел.

5. чермигит - минерал высаливания на поверхности образца N 1441/1 -нижний мел.

6. барит - тонкая пленка по плоскостям скола из образца N 1452 -палеоцен

Примечание: Все отражения даны в пт. Буквенные обозначения: А -аналцим; Ан - анкерит; Гс - гидрослюда; Хл - хлорит; О - кварц; Р1 -плагиоклаз.

Распределение аутигенных минералов в сводном стратиграфическом

разрезе Северного и Южного хребтов Ямато Для пород Северного Ямато ассоциация каолинит - гидрослюда является доминирующей и приурочена к хорошо отсортированным разностям аркозовых песчаников. Смешанннослойные образования гидрослюда-смек-тит, хлорит и дефектный хлорит типичны для граувакковых аркоз.

Для Южного Ямато выделено три ассоциации. Первая - смешанннослойные образования типа хлорит-сапонит (корренситоподобные) - гидрослюда - анальцим. Вторая ассоциация представлена смешаннннослойными образованиямми типа гидрослюда-смектит, гидрослюдой и анальцимом. Каолинит - гидрослюда - смешаннннослойные образования типа гидрослюда-смектит составляют третью ассоциацию. Минералы первой ассоциации имеют доминирующее значение и характерны как для большей части хорошо отсортированных песчаников с пленочным цементом, так и для некоторой части алевроаргиллитов. Вторая ассоциация распространена незначительно и встречается в основном в алевроаргиллитах и редко в песчаниках. Для третьей характерна приуроченность к плоскостям скола, трещинам и иногда порам некоторых образцов. В нижней части разреза наблюдается чередование минералов первой и второй групп, а в верхней части разреза - ассоциация хлорит-сапонит - гидрослюда - анальцим, которая здесь становится преобладающей. Ломонтит совместно с дефектным хлоритом был обнаружен только на одной станции.

Условия осадконакопления В целом для сводного разреза Северного и Южного хребтов Ямато вскрывается трансгрессивная серия осадочных пород, где аркозовые песчаники сменяются граувакковыми аркозами и в исключительных случаях граувакками, с усилением роли вулканомиктовых обломков в конце цикла.

Наличие каолинита и гидрослюды в низах разреза Северного Ямато свидетельствуют о близости континента и влажном гум идиом климате. Замена этой ассоциации во времени смешанннослойными образованиями типа гидрослюда-смектит и минералами с дефектной структурой (дефектный хлорит) могла осуществляться как в условиях осолонения бассейна осадконакопления и усиливающейся роли вулканизма (привнос пироклас-тики), так и в процессе эпигенетических преобразований.

В районе Южного хребта Ямато каолинит - гидрослюда и смешанннослойные образования гидрослюда-смектит появляются эпизодически (каолинит - гидрослюда - в аркозовых песчаниках, смешанннослойные гидрослюда-смектит - преимущественно в алевроаргиллитах), а наибольшим распространением пользуются корренситоподобные образования в ассоциации с анальцимом и гидрослюдой.

Ассоциация корренсит - анальцим - гидрослюда может указывать на начало осолонения бассейна осадконакопления и аридизацию климата. Анальцимолиты часто образуются в условиях содовых озер.

Присутствие в одних случаях корренситоподобных образований, а в других смешаннослойных образований типа гидрослюда-смектит в алевро-аргиллитах свидетельствует о смене условий осадконакопления на фоне нестабильной обстановки. Возможно, в морских условиях вдали от берега формировались осадки, аналогичные современным, которые в процессе эпигенеза трансформировались в гидрослюдисто-смектитовые образования типа ректорита. В лагунах, отшнурованных водоемах и себхах в условиях жаркого аридного климата формировались магний-содержащие минералы типа сепиолита или палыгорскита, преобразовавшиеся в процессе эпигенеза в смешаннослойные минералы типа хлорит-сапонит (корренситоподоб-ные).

При сравнении минеральных ассоциаций Северного и Южного хребтов Ямато выделяется характерная особенность, а именно - присутствие смешаннослойных образований гидрослюда-смектитового типа. Этот факт, очевидно, отражает направленность эпигенетических преобразований, приводящих к гидрослюдизации осадочного материала в обогащенных кислородом условиях.

Ассоциация хлорит-сапонит - гидрослюда - анальцим, вероятно, отражает как обстановку осадконакопления в условиях среды богатой магнием, так и возможные трансформации в процессе эпигенеза (преобразование сепиолита и палыгорскита?).

Данные факторного анализа состава песчаников, вскрывшие геохимические ассоциации элементов - калий и п.п.п. для Северного Ямато, а кальций, магний и п.п.п - для Южного Ямато, позволяют говорить о различных условиях осадконакопления, а соответственно и о эпигенетических процессах в нижнемеловых бассейнах: Для Северного Ямато это накопление калия (гидрослюдизация), а для Южного Ямато - накопление магния и кальция (хлоритизация) в осадочных породах.

Красноцветный облик алевроаргиллитов, состав палинокомплексов нижнемеловых осадочных пород, отражающий субтропическую (вероятно прибрежную) растительность (Леликов и др., 1980), устойчивую к засушливым условиям (Вахрамеев, 1988), свидетельствуют о существовании аридного микроклимата, благоприятного для образования соляных толш.

Присутствие в породах корренсита в ассоциации с гидрослюдой и анальцимом, эпсомита, анкерита и барита, состав экстрагированных солей, налеты на образцах, минералы высаливания, в основном представленные сульфатами магния, калия, натрия, аммония и железа (рис. 1), часто встречающиеся в соленосных отложениях на сульфатной стадии галогенеза, признаки эволюции рапы, отмеченные в химическом составе алевроаргиллитов - все это говорит о присутствии в разрезе нижнемеловой осадочной толщи на Южном хребте Ямато соленосных образований.

Таким образом, изучение аутогенных минералов цемента нижнемеловых песчаников и алевроаргиллитов свидетельствует о том, что эти толщи формировались в условиях трансгрессивной обстановки осадконакопле-

ния. Наличие в низах разреза на Северном Ямато каолинита в ассоциации с гидрослюдой говорит о близости береговой линии и влажном, жарком климате. Смена в разрезе этой ассоциации на смешаннослойные образования типа гидрослюда-смектит в районе Северного Ямато, а затем на кор-ренситоподобные образования в осадочной толще Южного Ямато отражает усиливающийся процесс осолонения бассейна, спокойную тектоническую обстановку и развитие эпохи химического выветривания в пределах континентального обрамления.

Палеогеновые (палеоценовые) отложения возвышенности Ямато

Осадочные породы палеоценового возраста установлены в юго-западной части Южного хребта Ямато. Породы представлены конгломератами, песчаниками, алевролитами, алевроаргиллитами. Возраст пород основан на данных спорово-пыльцевого анализа (Леликов и др., 1980). Обломочный материал всех типов пород имеет сходный состав с описаными выше в нижнемеловых породах. Состав аутогенных минералов в цементе палеоценовых пород представлен корренситоподобными минералами, смешан-нослойными образованиями типа смектит-гидрослюда, гидрослюдой, цеолитами (гмелинит, анальцим), баритом, а также кварцем и плагиоклазом.

Следовательно, условия минералообразования в палеоцене, были аналогичны таковым в раннемеловое время, что свидетельствует о минералогическом цикле в районе возвышенности Ямато в течение мел-палеогенового времени.

Кайнозойские осадочные, вулканогенно-осадочные породы и осадки

Палеогеновые и неогеновые осадочные, вулканогенно-осадочные породы и осадки широко распространены в акватории Японского моря.

Аутигенные минералы в цементе кайнозойских осадочных, вулкаиогенно-осадочных пород и в осадках

Всю эту группу кайнозойских пород и осадков в целом можно охарактеризовать как смекгитовую, по преобладанию данного минерала. В ней выделяется четыре разновидности смектита в сочетании с другими минералами типа гидрослюды, хлорита, смешаннослойных образований гидрослюда-смектит, цеолитами, кварцем и опалом С/Т. С этим же комплексом пород связаны фосфориты, силициты и железо-марганцевые образования.

Аутигенные минералы в фосфоритах представлены смектитом, смеша-нослойными минералами типа смектит-гидрослюда, гидрослюдой, кварцем и иногда сульфидами. Силициты представляют собой ассоциацию кварц - смектит - смешаннослойные образования типа смектит-гидрослюда - гидрослюда, где в слоистых силикатах наблюдается бесконечное переслаивание смектитовых, глауконитовых и селадонитовых слоев.

Железо-марганцевые образования сложены тодорокитом, бернесситом и вернадитом, иногда с примесью смектита и серпентина.

Глава 4. КАЙНОЗОЙСКИЕ БАЗАЛЬТОИДЫ И ИХ ВТОРИЧНЫЕ МИНЕРАЛЫ

По химическому составу, структурному положению и возрасту среди последних выделяются пять формационно-геохимических типов: 1 - окра-инно-морские толеиты и их дифференциаты; 2 - вулканиты типа извест-ково-щелочной серии континентальных окраин; 3 - островодужные вулканиты; 4 - континентальные толеиты; 5 - щелочные базальтоиды типа вулканитов континентальных рифтов (Сьедин, 1986).

Вторичные минералы в кайнозойских базпьтоидах Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что основным процессом вторичного минералообразования в кайнозойских базаль-тоидах дна Японского моря является смектитизация магматических пород, который охватывает практически все эффузивные породы. Намечается связь минеральных преобразований с кислотностью вулканитов. Для основных пород характерны железистые, железо-магнезиальные, ди- и триоктаэдрические смектиты, для средних - железистые, железо-алюминиевые, диоктаэдркческие смектиты, а для щелочных пород - начальная смектитизация и цеолитизация.

Для базальтов окраинно-морского, островодужного типов и большинства континентальных толеитов, характерны Ре-диоктаэдрические смектиты, смешаннослойные образования гидрослюда-смектитового ряда, гидрослюда, цеолиты и гидроокислы железа, образовавшиеся в "окислительных" (избыток кислорода) условиях.

В некоторых островодужных вулканитах и частично в континентальных толеитах установлены Fe-Mg-ди- и триоктаэдрические смектиты, смешаннослойные образования гидрослюда-смектитового ряда, гидрослюда и цеолиты. Такой тип изменений обычно связывают с "восстановительными" (затрудненный водообмен или низкое содержание кислорода) условиями, характерными для закрытых обстановок в среде богатой магнием и наблюдаемыми у "молодых", а также "перекрытых" осадочным чехлом базальтов.

Для щелочных базальтов характерны признаю! начальной цеолитиза-ции или обводненности, свидетельствующие о низкой степени вторичных изменений.

В окраинно-морских вулканитах отмечены признаки начальной села-донитизации.

Судя по набору вторичных минералов и их петрографическим особенностям, можно выделить несколько этапов во вторичном минералообра-зовании. Наличие в порах светлых хорошо окристаллизованных тонких каемок вторичных минералов, наряду с плохоокристаллизованными, может свидетельствовать о более высокой (для первых) температуре их формирования. Диоктаэдрические смектиты, цеолиты и кальцит могли образоваться как на стадии гальмиролиза, так и при вторичном разогреве. Триоктаэдрические смектиты свидетельствуют об относительно "молодом"

возрасте подобных образований и формировании вторичных изменений в условиях с затрудненным водообменом.

Гидрослюда, цеолиты и смешаннослойные образования гидрослюда-смектитового ряда (смешаннослойных пакетов более 60%) тяготеют к периферической части образцов и чаще встречаются в близповерхностных порах заполнения и измененных корках, и появляются, вероятно, при вторичном разогреве или гидротермальном воздействии.

Хлорит встречается довольно редко. В ассоциации с кварцем он свидетельствует о достаточно высокой температуре минералообразования в условиях среды, богатой магнием. Возможно он образован на дейтеричес-кой стадии или стадии вторичного разогрева при температуре выше 150°С.

Обнаруженные в единичных случаях признаки начальной селадонити-зации или гидрослюдизации базальтов, могут свидетельствовать о процессе формирования их на дейтерической (низкотемпературной), и вторичного разогрева стадиях минералообразования в окислительных условиях. Это подтверждается наличием смешаннослойных образований смектит-гидрослюдистого типа, тяготеющих к периферии образцов, для которых характерны такие же физико-химические параметры.

Подобный набор вторичных минералов позволяет сделать вывод о том, что вторичное минералообразование в магматических породах дна Японского моря является следствием низкотемпературного, до 150°С, взаимодействия морская вода - порода.

Таким образом, основная масса пород, в которых были изучены вторичные изменения, в целом представлена базальтами окраинно-морского и островодужного типов, слагающими подводные хребты и вулканические постройки в глубоководных котловинах, реже наложенные постройки в краевых частях крупных подводных возвышенностей (Восточно-Корейской, Криштофовича, Ямато). Состав вторичных минералов из образцов наиболее молодых базальтовых потоков (доступных для драгирования склонов вулканических построек) свидетельствует об их формировании при подводных излияниях базальтовой магмы, а широкое развитие шаровых отдельностей в базальтах может одновременно указывать на существование на площади современного Японского моря морского бассейна с палеоцена.

Глава 5. ОСОБЕННОСТИ АУТОГЕННОГО МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯ МЕЛ-ТРЕТИЧНЫХ ВУЛКАНОГЕННО-ОСАДОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ

В главе отмечены особенности распределения аутигенных минералов в мел-третичных вулканогенно-осадочных комплексах дна Японского моря, предложена схема развития эпигенетических преобразований и проведено сравнение с аналогичными отложениями, развитыми на территории Японского архипелага.

На основании изучения аутигенного и вторичного минерхюобрззова-ния в верхнемезозойских и кайнозойских вулканогенно-осадочных комплексах дна Японского моря можно сделать вывод о том, что в минералогическом отношении Япономорский регион, начиная с нижнемелового периода, развивался аналогично сопредельным территориям Японских островов. На минералогическом уровне устанавливается связь с осадочными провинциями последних. В породах, слагающих одновозрастные комплексы, обнаружены одинаковые индекс-минералы, характерные для определенных зон эпигенеза. Самые сильные изменения в изученных верхнемезозойских и кайнозойских породах не превышали по параметрам ломон-титовую фацию (рис. 2).

Для нижнемеловых пород подводной возвышенности Ямато характерны корренсит, смешаннослойные типа гидрослюда-смектит, гидрослюда, каолинит, дефектный хлорит, анальцим, ломонтит, кварц, т.е. индекс-минералы анальцимовой фации эпигенеза и, возможно, ломонтитовой. Вероятная глубина погружения пород этого возраста, исходя из минералогических данных, оценивается от 2 до 5 км.

Комплексное изучение аутигенного минераллообразования в нижнемеловых осадочных породах подводной возвышенности Ямато позволяет уточнить условия осадконакопления и пути преобразования в процессе эпигенеза. Минеральные ассоциации, химический состав, геохимия элементов, выделенные палинокомплексы свидетельствуют о том, что данные породы образовались в результате взаимодействия двух параллельных процессов. Первый связан с особенностями осадкообразования, второй - с процессами эпигенеза. Соответственно изменения при эпигенезе будут зависеть от условий осадкообразования.

Для Северного Ямато. на основании изучения минеральных ассоциаций, выделяется два типа обстановок осадконакопления.

Для первого типа ассоциация каолинит - гидрослюда - кварц позволяет предположить, что осадки формировались в прибрежной зоне пресноводного или с низкой соленостью водоема с обилием органики. Каолинит, по данным различных исследователей (Милло, 1968; Коссовская и др., 1971; Котельников, Конюхов, 1986), может не изменяться до глубины 2-3 км, но в результате процессов эпигенеза превращается в гидрослюду. В общем стратиграфическом разрезе это наиболее древние осадки. Следовательно каолинит в них отражает прибрежно-морские условия осадкообразования, а гидрослюда и кварц - преобразования в процессе эпигенеза.

Ассоциация смешаннослойных образований типа гидрослюда-смектит с гидрослюдой, характерная для второго типа, свидетельствует о морской обстановке в "окислительных" (среда насыщена кислородом) условиях (окисного железа в цементе песчаников и алевроаргиллитов до 95-98% от суммы), и норматьной солености. Вероятно, вначале образовался смектит, который трансформировался в процессе эпигенеза в смешаннослойные образования типа гидрослюда-смектит и гидрослюду. Смешаннослойные

Рис. 2. Распределение аутигенних минералов в мезо-кайнозойских вулканогенно-осадочны.х комплексах пород дна

Японского моря

Минералы Мезозойская эра Кайнозойская эра

нижний мел палеоген неоген четвертичный период

палеоцен миоцен плиоцен

нижний средний | верхний

смектит 'ШШШ

пшрослюда -----

смешанослойный гилрослюла-смектит шш

хлорит -----

корренсит

каолинит

анальиим

ломонтит

геиландит/гмелинит

опал С/Т тт,

кварц

кальцит ш^г^ш!---- - - — шш, -

минералы образуют непрерывный ряд высокоупорядоченных разностей с различным содержанием переслаивающихся пакетов, что, возможно, связано с гранулометрическим и химическим составом осадочного материала, местом и меняющимися условиями среды осадконакопления.

Смешаннослойные образования в ассоциации с хлоритом и дефектным хлоритом, по нашему мнению, отражают "восстановительные" (с дефицитом кислорода) условия ("закисного" железа до 10-15% от суммы), и характер осадочного материала (повышенное содержание пирокластики среднего состава), где последние "аградировали", по терминологии Ж.Милло (1968), в условиях эпигнеза.

Для Южного Ямато также выделены индекс-минералы, являющиеся индикаторами обстановок осадконакопления и процессов эпигенеза.

Обнаружение ассоциации корренсит - гидрослюда - анальцим, присутствие эпсомита, барита, минералов высаливания, состав выпаренных экстракционных растворов, признаки эволюции рапы в алевроаргиллитах, повышенные содержания бора, красноцветный облик пород, палино-комплекс характерный для сухого жаркого климата - все это говорит о наличии в районе Ямато солеродного бассейна, в котором существовали "восстановительные" (с дефицитом кислорода) условия на сульфатной стадии галогенеза. Комплекс минералов и пород в то время мог быть представлен сепиолитом, палыгорскитом, анальцимом, эпсомитом, анкеритом и баритом, а пирокластика в условиях содовых озер могла преобразовываться в анальцимолиты.

Индекс-минералами эпигенетических преобразований в осадочных породах Южного хребта Ямато являются смешаннослойные минералы типа гидрослюда-смектит, гидрослюда, цеолиты группы гейландита, ломонтит. Для смешаннослойных образований и гидрослюд характерны "окислительные" (среда насыщена кислородом) условия. Преобразованию цеолитов группы гейландита в процессе осадконакопления, вероятно, препятствовало органическое вещество, а формированию ломонтита в ассоциации с дефектным хлоритом способствовало присутствие пирокластики среднего состава.

Анальцим присутствует почти во всех без исключения типах пород возвышенности Южное Ямато. Реже встречается в ассоциации с другими цеолитами типа гейландита (гмелинит, стильбит). Возможно, его образование проходило как в щелочных условиях, так и в результате процессов эпигенеза (изменение пирокластики).

Осадконакопление в раннем мелу (альбский век) на Ямато началось трансгрессией, что подтверждается обнаружением каолинита в основании разреза в отложениях Северного хребта Ямато. Смешаннослойные образования гидрослюда-смектитового типа свидетельствуют, что вначале в морском бассейне формировхчись в основном отложения, свойственные зоне неизмененного вулканического стекла и опала. Позднее в районе Южного хребта Ямато осадконакопление проходило в востановительных условиях,

при жарком аридном климате. В осолоненных водоемах формировались магний-содержащие минералы типа сепиолита и палыгорскита, которые затем трансформировались в корренситоподобные минералы. В некоторых местах или в определенные периоды времени бассейн осолонялся в такой степени, что могли формироваться соленосные отложения на сульфатной стадии галогенеза (эпсомит).

В палеоценовых породах получили преимущественное распространение корренситоподобные минералы, а их постоянное присутствие в алевроар-гиллитах, являющихся хорошими индикаторами палеообстановок, позволяет утверждать, что они формировались в сходных с нижнемеловыми отложениями условиях осадконакопления. Некоторая часть пород формировалась в морских условиях (наличие смешаннослойных образований типа гидрослюда-смектит), другая - в условиях отшнурованных водоемов, лагун, баров, себхов (в обстановке, обогащенной магнием).

В кайнозойских осадочных породах и осадках, выделенных в смекти-товую группу по преобладанию данного минерала, основными индекс-минералами являются смектит, гидрослюда, смешаннослойные образования типа гидрослюда-смектит, кристобалит (опал-С/Т) и возможно новообразованный кварц. Для современных осадков свойственно наличие новообразованного плохоокристаллизованного смектита, рентгеноаморфной фазы, а также гидрослюды, хлорита, кварца, плагиоклаза как обломочных компонентов. В плиоценовых и верхнемиоценовых отложениях смектит имеет довольно высокую степень кристалличности, появляются смешаннослойные образования типа смектит-гидрослюда и начинает формироваться кристобалит (опал-С/Т). В нижнемиоценовых породах кристобалит в ассоциации со смектитом и смешаннослойными образованиями типа смектит-гидрослюда имеет довольно совершенную кристаллическую структуру и, вероятно, в палеоценовых породах преобразуется в новообразованный кварц.

Следовательно, по аналогии с выделенными К.Аоуяги и Т.Казамой (Aoyagy, Кагата, 1980) для меловых и кайнозойских осадочных пород Японии и в соответствии со сводной минералого-стратиграфической схемой (рис. 2), в Японском море можно выделить четыре минеральных зоны:

1. смектит в ассоциации с опалом и неизмененным вулканическим стеклом в осадках соответствует зоне А и глубине погружения 0-900м;

2. смектит в ассоциации с опалом-С/Т (кристобалитом) соответствует зонам В и С с глубиной погружения до 1300-1700 м;

3. смектит, смешаннослойные образования смектит-гидрослюда, кварц, анальцим соответствует зонам О, Е, Р и глубинам погружения от 1700 до 3800 м;

4. для гидрослюды, ректоритоподобных, корренситоподобных образований в ассоциации с кварцем, альбитом, ломонтитом глубина погружения может быть свыше 3700 м, что соответствует зонам Р, О.

Для кайнозойских базальтоидов осовным процессом вторичного ми-нералообразования на дне Японского моря является смектитизация магматических пород. Намечается связь с кислотностью вулканитов. Для основных пород характерны железистые, железо-магнезиальные, ди-,триок-таэдрические смектиты, для средних пород - железистые, железо-алюминиевые, диоктаэдрические смектиты, для щелочных пород - начальная смектитизация и, возможно, цеолитизация. Процесс хлоритизации, встречается очень редко.

Подобный набор вторичных минералов позволяет сделать вывод о том, что вторичное минералообразование в магматических породах дна Японского моря является результатом низкотемпературного, до 150°С, взаимодействия морская вода - порода и характерен для смектитовой фации эпигенеза, предложенной В.Б.Курносовым (1984) для океанических базальтов.

Таким образом, на примере изучения аугигенной минерализации мел-третичных вулканогенно-осадочных комплексов дна Японского моря мы можем сделать вывод о том, что при эпигенезе осадочных толщ наблюдается два параллельных процесса: 1) прогрессивная трансформация смек-тита в гидрослюду в "окислительных" (среда насыщена кислородом) условиях при наличии калия; 2) хлоритизация, при условии избытка кальция и магния, в "восстановительных" (дефицит кислорода) условиях.

В поверхностных и близповерхостных условиях смектит занимает подчиненное положение, где доминирующими обломочными минералами являются хлорит и гидрослюда, характеризующие источники сноса.

В неогеновых отложениях и вулканогенных породах смектит становится преобладающим минералом, ассоциируя со смешаннослойными образованиями типа смектит-гидрослюда и кристобалитом. По нашему мнению, сюда же следует отнести и образования, формирующие непрерывный ряд от нонтронита до селадонита в ассоциации с кварцем, а также начальную селадонитизацию базальтов.

Для нижнемеловых и палеоценовых пород смешаннослойные минералы становятся доминирующими, ассоциируя с дефектным хлоритом и аналь-цимом. Заметно разделяются и пути трансформации в зависимости от условий седиментации. Гидрослюда и гидрослюда-смектитовые смешаннослойные образования, вероятно, сформировались в процессе эпигенеза из монтмориллонита, через серию смешаннослойных образований. Вполне возможно, что корренситоподобные минералы, образовались в результате преобразования магнезиальных силикатов типа сепиолита или палыгорс-кита.

Ассоциация каолинит - гидрослюда - кварц появляется в наиболее древних нижнемеловых отложениях Северного хребта Ямато. Она, вероятно, сформировалась в прибрежных морских условиях в спокойной тектонической обстановке в условиях жаркого гумидного климата. Каолинит

может не изменяться до глубины 2,5-3,5 км, но в процессе эпигенеза трансформируется в гидрослюду.

Более древние осадочные и вулканогенно-осадочные комплексы, еще не охарактеризованы с точки зрения аутигенного минералообразования, поэтому представить полную картину преобразования пород для окраинных морей в процессе эпигенеза в настоящее время не предоставляется возможным. Необходимы дальнейшие исследования для познания этого процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ)

При изучении аутигенного минералообразования мел-третичных вул-каногенно-осадочных комплексов дна Японского моря автором сделаны выводы, являющиеся основными защищаемыми положениями в данной работе:

1) Установлены две минеральные ассоциации, отражающие различные условия в процессе формирования осадочных толщ района возвышенности Ямато в раннем мелу: а) первая ассоциация (корренсит, анальцим, эпсо-мит, анкерит) характерена для соленосных бассейнов; б) вторая ассоциация (каолинит, гидрослюда, смешаннослойные образования типа гид-рослюда-смектит) отражает условия седиментации и характер преобразования осадков в процессе эпигенеза.

2) Состав аутигенных минералов (корренсит, гидрослюда, смешаннослойные образования типа гидрослюда-смектит, анальцим, цеолиты группы гейландита), данные по плотности и пористости палеоценовых пород свидетельствуют о том, что условия осадконакопления в районе Южного хребта Ямато были близки таковым раннемеловой эпохи и предполагают наличие минералогического цикла в районе возвышенности Ямато в течение раннего мела - палеогена.

3) В кайнозойских осадочных отложениях и осадках набор минералов и минеральных образований [смектит, смешаннослойных типа смектит-гидрослюда ("глауконит"), опал-С/Т (кристобалит)] характеризует зоны диагенеза и раннего катагенеза и свидетельствует об их образовании в результате интенсивного прогибания бассейна осадконакопления, начиная с раннего миоцена.

4) Состав вторичных минералов кайнозойских базальтоидов (ди- и три-октаэдрические смектиты, смешаннослойные образования смектит-гидро-слюда, гидрослюда, филлипсит, кальцит, кварц), характеризующий "смек-титовую" фацию эпигенеза, свидетельствует о том, что они являются результатом низкотемпературного (до 150°С) взаимодействия морская вода -порода и наряду с широким развитием шаровых отдельностей в базальтах может одновременно указывать на существование морского бассейна в акватории Японского моря начиная с палеоцена.